基于3P學習的項目式學習在初中化學教學中的實踐

楊永俊

關鍵詞：3P學習法;項目式學習;二氧化碳;氫氧化鈉;思維可視化

如何高效復習？如何在復習中求新？如何在復習課中落實化學學科核心素養？筆者一直在思索，一直在鉆研。在酸堿鹽復習階段，筆者以二氧化碳與氫氧化鈉反應的可視化研究為例進行了一次項目式學習的探索和嘗試，收到意想不到的良好效果。

一、進行項目式學習的動因

“3P”學習法是指以“Problem（問題）-Practice（實踐）-Production（成果）”為學習主線的項目式學習法。項目式學習（Proiect-Based Learning，PBL），是“以項目為導向開展教學，讓學習者圍繞項目進行調查、觀察、研究、表達、展示和分享學習成果”。與傳統的問題式學習（Problem-Based Learning）相比，項目式學習最大的亮點在于要求學習者“學中做”，自主探索和創造，能設計并制作出相應“產品”，強調知行合一。

眾所周知，復習課是最難上的課，老師想把更多的知識融入一堂課，學生想在一節課中貫通所有脈絡。不知不覺，一節復習課成了刷題課，講評課。能不能改變“總結一刷題一講評”這一現狀，能不能在復習課中融入實驗教學，能不能在復習課中激發學生的創新思維？能不能根據近年來熱點考題進行項目式學習？基于這些思索，我們以典型的無明顯現象化學反應——二氧化碳與氫氧化鈉反應為例實施了項目式實驗教學，以期開展基于項目的學習再度進行實驗，提高操作能力;再度模型認知，提高整合能力;再度高階思維，訓練思辨能力;再度融合創新，體驗復習快樂。

二、實驗教學中項目式學習步驟和策略

項目式學習是以建構主義理論為指導，以解決真實問題為目的的學習方式。我們以“修房建屋”程序為樣板，提出“六步十二環”項目式學習框架（圖1）。

1.項目確立——理清思路，確定方向

（1）著眼問題解決。基于教材、學情、核心問題來確立項目，解決教學中的難點問題和考試中的熱點問題。本項目以二氧化碳與氫氧化鈉反應的可視化研究，來解決教材中只用一句話描述的“二氧化碳與氫氧化鈉反應生成碳酸鈉和水”，然而實驗并無明顯現象的問題。如何通過實驗來判斷二者能發生反應？對于無明顯現象的實驗，我們多采用轉化法，根據反應物、生成物的不同性質，通過有無沉淀、氣體產生，顏色變化，氣壓變化等明顯現象或熔點、沸點等物理性質的改變來設計實驗方案，也可借助數字化傳感器等來設計實驗方案，化隱性為顯性。例如，空氣中的氧氣含量的測定等實驗就是利用瓶內壓強的變化來測量出氧氣的體積分數;物質的酸堿性，可以用酸堿指示劑來檢驗;二氧化碳與水的反應實驗借助控制變量法來證明，等等。這些已有知識和技能奠定了學生對二氧化碳與氫氧化鈉反應進行可視化研究的基礎。

（2）競賽驅動項目。在確立項目后，設立比賽項目，如“設計大咖獎”“創新大咖獎”“實驗技能大咖獎”等等，激發學生主動參與熱情。首先，老師要講清項目的意義，如何去規劃項目，如何去完成項目，如何去推介項目，并體驗項目。在確立項目后，即要求學生利用周末時間查閱資料，獨立思考，自主設計，大膽創新，可以通過網絡和習題獲得靈感，可以融合課內外資源或各學科知識，可以借助學習小組的力量或家長的力量，在規定時間內上交作品，同時要求項目成果具有可操作性，必須有推廣價值。

2.項目規劃——擬定方案，優化方案

要規劃項目，就得進行前期“踩點”和“勘測”，必須對相關知識點進行詳細解讀。學生緊緊圍繞二氧化碳與氫氧化鈉的反應的可視化研究，深入領會反應物二氧化碳、氫氧化鈉及生成物碳酸鈉、碳酸、碳酸氫鈉（資料提供）等物質的性質。分析實驗可能面臨的問題或風險是什么。通過獨立思索，最終要形成可行的項目方案，寫出實驗操作步驟、畫出草圖，提出預期現象，分析預測最終結果。學生將草案設計出以后，老師要對作品進行項目診斷，積極評價每一幅作品的優劣，將優秀作品發布到群里，供家長和學生品鑒，將待優化作品與設計者進一步討論，并提出改進方案。老師對作品進一步分類，哪些作品是利用對比法或控制變量法;哪些作品是利用轉化法來實現實驗的可視化的。對同一類或相似作品，同質分組，組員自薦，明確任務，分工協作。誰準備、誰實驗、誰報告、誰總結，各組安排井井有條。各小組組長擬訂優化后的實驗儀器用品清單，請求實驗室老師在兩天內完成實驗準備。

3.項目執行——診斷設計，分組預做

實踐是檢驗真理的唯一標準。唯有實踐，方知方案是否可行、是否最佳。學生到實驗室先進行預實驗，驗證實驗方案的可行性。學生根據實驗方案進行實驗，老師對實驗要點及注意事項進行必要指導。對于實驗中存在的問題，進行現場優化和改進，力求盡善盡美。例如，學生在完成“噴泉”實驗時，開始利用膠頭滴管擠壓氫氧化鈉溶液，發現由于氫氧化鈉具有滑膩感，膠帽易脫落，后改用注射器，并充分振蕩燒瓶后，現象明顯，一舉成功。再例如，學生設計的可樂“沸騰”實驗，其原理就是利用二氧化碳與氫氧化鈉反應后，可樂瓶內氣壓迅速減小，而出現“沸騰”現象（實為二氧化碳氣體的溶解度隨氣壓減小而逸出）。然而，在做實驗過程中，才發現氣壓減小后，可樂塑料瓶也變癟，大量可樂流人到氫氧化鈉瓶中，影響實驗觀察，后來將盛可樂的塑料瓶改為燒瓶，實驗才取得成功。

4.項目成果——改進優化，展示成果

項目成果的物化是學生作品可視化的最好體現。為了一幅幅心儀的作品，同學們像科學家一樣認真，每一個步驟都環環相扣，每一個環節都精準實施，一針一線都得靠自己，凸顯學生們的工匠精神。例如，在利用壓強傳感器進行數字化實驗時，由于裝置內氣壓變得很小，普通橡膠管就會變癟而影響實驗效果，最終用硬質橡膠真空管取而代之，成功解決難題。

下面著重分享一下凝聚學生心血和智慧的主要作品。

作品一：吞蛋實驗

實驗操作：如圖2所示，將煮熟的剝殼雞蛋放置在充滿二氧化碳的500mL抽濾瓶瓶口，打開止水夾，迅速注入約20mL的20%的氫氧化鈉溶液，關閉止水夾，手握瓶頸，水平振蕩。

實驗現象：“疇”的一聲，雞蛋被吸入瓶中。

實驗反思：煮熟的雞蛋必須圓滑，不能變形，以保證雞蛋與瓶口氣密性良好;二氧化碳的純度越高、氫氧化鈉的量越足，瓶內物質反應越充分，產生的吸力越大，因負壓而產生的“吞蛋”聲音更響亮。

作品二：噴泉實驗

實驗操作：如圖3所示，充滿250mL二氧化碳的燒瓶塞上單孔橡膠塞，將尖嘴管插入橡膠塞內離燒瓶底2cm左右，在真空橡膠管中下部夾緊止水夾，將導氣管一端浸入有足量紅墨水的燒瓶中，迅速注入約10mL 20%的氫氧化鈉溶液，充分振蕩，打開止水夾，觀察現象。

實驗現象：美麗的紅色噴泉噴涌而出。

實驗反思：由于氫氧化鈉溶液具有滑膩感，用注射器代替膠頭滴管注入氫氧化鈉溶液，可有效解決膠頭滴管的膠帽易脫落的問題。

作品三：雪碧“沸騰”實驗

實驗操作：如圖4所示，用真空橡膠管將盛約體積雪碧的燒瓶與盛有250mL二氧化碳的燒瓶相連，夾緊止水夾，靜置至雪碧中幾乎不再產生氣泡。用注射器向盛二氧化碳的燒瓶中迅速注入約10mL 20%的氫氧化鈉溶液，充分振蕩，盛雪碧的燒瓶保持不動，觀察現象。

實驗現象：雪碧中產生大量氣泡逸出，如水“沸騰”一般。

實驗反思：二氧化碳與氫氧化鈉反應使燒瓶內氣壓迅速變小，而雪碧中二氧化碳氣體的溶解度隨氣壓的減小而減小，導致雪碧中二氧化碳氣體逸出而形成壯觀的“沸騰”現象。該設計整合了學科知識，將氣體溶解度等知識遷移整合，實現了實驗的生活化。

作品四：一體化實驗

實驗操作：如圖5所示，關閉K1，打開K2、K3，將2mL 5%的稀硫酸迅速注入到2mL 5%的碳酸鈉溶液中，然后拉動盛稀硫酸的注射器拉桿至18mL，旋轉三通閥，關閉K3，將收集到的18mL二氧化碳氣體緩慢注入到30%-40%的2mL氫氧化鈉溶液中，關閉K2，充分振蕩，觀察現象。

實驗現象：振蕩后，盛氫氧化鈉溶液的注射器示數為2mL，即注射器中的氣體被氫氧化鈉全部吸收。

實驗反思：該實驗設計是秦嘉憾同學創意之作，成功破解了前面同學制取二氧化碳量大與純度不高的難題，真正做到了實驗的可視化與定量化。其利用醫療上的三通閥、雙通（商品名：雙頭外紋魯爾）將三支螺口注射器相連，將碳酸鈉與稀硫酸產生二氧化碳與氫氧化鈉反應。項目成果做到了低耗、安全、環保，實現了裝置的一體化、實驗現象的可視化。該裝置便于分組實驗，既可以完成定性，也可以完成定量實驗。例如，可定量測定二氧化碳在水中的溶解性，等等。實驗中需要注意的是，為避免產生的二氧化碳的體積超過盛碳酸鈉溶液的注射器的量程而導致注射器拉桿與注射器體脫離，建議所取稀硫酸或碳酸鈉溶液的量為少量，或更換為50mL或100mL量程的注射器。

作品五：數字化實驗

實驗操作：如圖6所示，打開數字化實驗室軟件界面，設置好圖像參數，將電腦、數字化實驗中壓強傳感器通過真空橡膠管與盛有250mL二氧化碳的平底燒瓶相連，分別迅速注入80mL的40%的氫氧化鈉溶液和80mL的蒸餾水。觀察兩次實驗壓強變化圖像。極評價，同學們更加自信，更加有想改進實驗、完成好實驗的沖動和把最好的成果展示出來的欲望。

6.項目體驗——體驗成功，著眼未來

項目體驗就是將項目推廣階段好的成果固化下來加以推廣再運用和知識再遷移。通過分組實驗，讓同學們相互切身體驗同學設計的產品的創意點，是否具有可操作性、安全、環保，實驗現象是否明顯，可視化強。通過體驗，同學們再次感受到實驗的快樂，感受到大膽實驗、敢于創新、“不唯上、不唯書、只唯實”的科學研究精神。

反思整個項目的學習過程，我們驚嘆學生的創新能力和探究精神。在作品四中，有學生提出，可以先加2mL水觀察到二氧化碳氣體被減少約2mL，再繼續吸人2mL氫氧化鈉溶液，二氧化碳氣體被全部吸收，通過對比實驗更能證實二氧化碳與氫氧化鈉發生了化學反應。還有學生提出，連接一個串聯裝置，先用注射器將10mL二氧化碳注入到2mL濃的氫氧化鈉溶液中，再連一個澄清石灰水的裝置，若澄清石灰水不變渾濁，說明二氧化碳確實與氫氧化鈉溶液反應。瞧，學生的思維在不斷交鋒、碰撞中激活、升華。

三、實施效果分析

在項目設計中，學生將注射器、U型管、飲料瓶、氣球、雞蛋、植物種子、壓強傳感器等大膽應用于項目設計中，不但整合了學科內知識，并且還注重了學科融合。

通過項目式學習，進一步鞏固了酸堿鹽知識，進一步明晰了無明顯現象反應的實證方法，進一步內化了證明二氧化碳與氫氧化鈉溶液反應的一般方法——轉化法、對比法、控制變量法，由定性走向定量。沒想到的是，學生利用產物碳酸鈉在水中和無水乙醇中的溶解性不同，實現了實驗方法的創新。學生將醫用三通閥巧妙運用到項目設計和項目產品的開發中，讓老師眼睛一亮。

通過項目式學習，實驗方案實現了多元化，項目產品做到了可視化、微型化、一體化、數字化、綠色化，教學效果明顯超過預期。

項目激發潛能。通過項目驅動，激發了學生主動參與、調查研究、批判質疑、分工協作、有效溝通、共建共享、融合創新的潛能。

基于3P的項目式學習法，直驅核心問題，多方論證實踐，達成真實成果，用“高階學習”帶動“低階學習”。通過問題探究、實驗求真、作品展示，多維度培養學生“學”“做”“研”的能力，強化核心知識，突破學習難點，挖掘學生潛力，拓展學生思維，從而有效促進學生化學核心素養的養成。